Mánudaginn 8. júní varði Sana Gadiwalla doktorsritgerð sína í líf- og læknavísindum við Læknadeild Háskóla Íslands. Ritgerðin ber heitið: Stjórnun á taugastarfsemi í lyktarklumbu – hlutverk genatjáningar og taugavirkni. Genetic and activity-dependent regulation of intrinsic excitability in olfactory bulb projection neurons.
Andmælendur voru dr. Venkatesh N. Murthy, prófessor við Harvard University, og dr. Jamie Johnston, dósent við University of Leeds.
Umsjónarkennari var Pétur Henry Petersen, prófessor og leiðbeinandi var Elisa Galliano, dósent. Auk þeirra sátu í doktorsnefnd Eiríkur Steingrímsson, prófessor, Ragnhildur Þóra Káradóttir, prófessor og Þór Eysteinsson, prófessor.
Stefán Þórarinn Sigurðsson, prófessor og varadeildarforseti Læknadeildar, stjórnaði athöfninni sem fór fram í Hátíðasal Háskóla Íslands.
Myndir úr doktorsvörn Sana Gadiwalla
Ágrip
Stjórnun á þröskuldi boðspennu í taugafrumum er nauðsynleg til að viðhalda samvægi í tauganetum, en hlutverk sértækra umritunarþátta í því ferli hefur verið óþekkt. Í þessu verkefni var hlutverk Microphthalmia umritunarþáttarins (Mitf) rannsakað í meginfrumum lyktarklumbu (mítral- og brúskfrumum).
Fyrsti hluti verkefnisins sýndi með heilfrumuskráningu að mítral- og brúskfrumur skiptast ekki í afmarkaða hópa heldur liggja á samfelldu rófi út frá raflífeðlisfræðilegum þáttum. Til að kanna hlutverk Mitf voru notaðar tvær stökkbreytingar: Mitf vga9 (ekkert MITF prótein myndað) og Mitf K243R (komið í veg fyrir acetýleringu á sæti 243 og minnkuð DNA-bindingu). Raflífeðlisfræðilegar mælingar sýndu aukinn örvanleika, breytta tímasetningu boðspenna og aukinn hamlandi straum í stökkbreyttum frumum, sem bendir til taps á samvægi. Heildar-genatjáningargreining sýndi víðtækar breytingar á ferlum tengdum taugamótum og jónagöngum í báðum stökkbreytingunum. Það gefur til kynna að acetýlering á sæti 243 sé hlekkurinn á milli taugavirkni og stjórnunar á boðspennuþröskuldi. Að lokum var svörun við taugavirkni rannsökuð með því að virkja lyktarklumbuna með ilmefnum. Villigerðarfrumur sýndu samvægissvörun og aukna tjáningu á 696 genum, en þessi svörun var verulega skert í Mitf stökkbreyttum frumunum.
Meginniðurstaða verkefnisins er að Mitf stýrir tjáningu gena sem móta bæði grunnstarfsemi og virkniháða svörun taugafrumna í lyktarklumbu og að sértæk breyting á umritunarþættinum sé lykillinn að því að þýða örvun yfir í eðlilega svörun.
Abstract
Neurons must precisely regulate their intrinsic excitability to maintain stable circuit function while preserving the capacity for plasticity, yet the transcriptional mechanisms underlying this regulation in specific neuronal populations remain largely unknown. The microphthalmia-associated transcription factor (MITF) is expressed in olfactory bulb (OB) projection neurons (mitral and tufted cells), and while previous work has implicated it in modulating intrinsic properties in vitro, its ex vivo function is poorly understood. This thesis examines how Mitf regulates neuronal excitability in OB projection neurons and how its loss disrupts circuit plasticity.
Using whole-cell patch clamp electrophysiology, we first established that wild-type projection neurons exist along a heterogeneous continuum of electrophysiological properties rather than forming discrete subtypes. We then used two complementary mouse models, Mitfvga9(complete loss of function) and MitfK243R (a hypomorphic mutation preventing acetylation at a conserved lysine residue), to characterize projection neuron electrophysiology and transcriptional responses under basal conditions and following short-term odor exposure. Mitf mutants exhibited altered intrinsic excitability and impaired temporal coding dynamics alongside significantly increased inhibitory currents, indicating both cell-autonomous and circuit-wide effects. Bulk RNA-sequencing of Mitfvga9 OB tissue revealed broad transcriptional dysregulation across 21 neuronal pathways related to synaptic function, ion channel regulation, and excitability. The similar physiological phenotype of MitfK243R mutants further implicates activity-dependent acetylation as a key regulatory mechanism.
Following odor exposure, wild-type mitral cells showed electrophysiological and transcriptional changes consistent with homeostatic plasticity, including robust activity-dependent gene expression across 696 genes, while Mitf mutants failed to mount equivalent adaptive responses. Together, these findings identify MITF as a regulator of both basal neuronal properties and experience-dependent transcriptional plasticity and suggests that post-translational modification of transcription factors can serve as a molecular interface between sensory activity and lasting changes in circuit function.
Um doktorsefnið
Sana Gadiwalla fæddist árið 1993 í Seattle í Washington-fylki í Bandaríkjunum. Hún lauk BS-gráðu í líffræði frá University of Washington árið 2015. Að loknu grunnnámi starfaði hún sem rannsóknarstofustjóri við Pennsylvania State University. Árið 2020 lauk hún sameiginlegri meistaragráðu í vísindum, tækni og heilsu með sérhæfingu í lífvísindum frá Háskólanum í Strassborg og Háskólanum í Freiburg. Meistaraprófsritgerð hennar var unnin við Lífeðlisfræði-, þroska- og taugavísindadeild Cambridge University. Árið 2021 hóf Sana doktorsnám við Háskóla Íslands og vann að hluta af rannsóknum sínum við Cambridge University áður en hún lauk doktorsnámi sínu.